數(shù)控機床可靠性強化對策研究

摘 要：本文從數(shù)控機床可靠性相關(guān)概述入手，著重分析了數(shù)控機床故障，并探索了數(shù)控機床可靠性強化的對策，以增強數(shù)控機床的可靠性。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床 可靠性 強化 對策

一、引言

機床是工業(yè)革命的產(chǎn)物，并隨著工業(yè)化發(fā)展而不斷發(fā)展。機床能夠有效提高機械加工質(zhì)量和加工效率，增強產(chǎn)品的穩(wěn)定性。因此，機床快速被工業(yè)發(fā)展所接受，被廣泛運用到工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中。1952年，世界上出現(xiàn)了第一臺數(shù)控機床，實現(xiàn)了自動化控制加工動作與加工過程，解決了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多樣化加工和小批量加工等問題。并且，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床的發(fā)展越來越完善，其可靠性越來越強，在工業(yè)化發(fā)展的過程中扮演著重要的角色。而數(shù)控機床的應(yīng)用引起了人們的研究，很多工程技術(shù)人員和學(xué)者將研究重點放在數(shù)控機床的可靠性上，積極研發(fā)數(shù)控機床可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。但是，數(shù)控機床在使用的過程中仍存在著一定的故障需要我們解決。研究數(shù)控機床可靠性強化對策不僅能夠優(yōu)化數(shù)控機床的應(yīng)用，而且對工業(yè)發(fā)展有著深刻意義。

二、數(shù)控機床可靠性相關(guān)概述

1.數(shù)控機床可靠性的內(nèi)涵。在數(shù)控機床設(shè)計和使用的過程中，可靠性是數(shù)控機床的重要指標(biāo)，簡單來說，可靠性主要指保證數(shù)控機床正常運行的方法和技術(shù)。而數(shù)控機床的正常運行需要充分發(fā)揮數(shù)控機床的加工能力，不斷提高數(shù)控機床各零部件的可靠性，優(yōu)化數(shù)控機床各部分之間的組合。具體來說，數(shù)控機床的可靠性主要包括數(shù)控機床的可用性、使用壽命、故障影響小、各系統(tǒng)組合的可靠性這四個方面。其中，數(shù)控機床的可用性主要指數(shù)控機床能夠增長運行，保證工業(yè)生產(chǎn)。使用壽命主要是數(shù)控機床能夠在長時間內(nèi)保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，盡可能地延長數(shù)控機床的工作壽命，加強對數(shù)控機床的維修和維護，定期對數(shù)控機床進行故障檢查，及時解決數(shù)控機床存在的故障。故障影響小主要指數(shù)控機床故障對使用者的影響較小，能夠降低數(shù)控機床故障所帶來的損失。數(shù)控機床組合可靠性主要指數(shù)控起床各系統(tǒng)和各部件之間的組合要合理可靠，能夠保證數(shù)控機床系統(tǒng)的正常工作。

2.數(shù)控機床可靠性的主要技術(shù)。數(shù)控機床可靠性主要技術(shù)包括可靠性分配、故障修復(fù)和可靠性維護這幾個方面，其中，可靠性分配主要包括基于成本、可維修性、復(fù)雜程度、失效率等方面的可靠性氛圍。故障修復(fù)主要包括完全修復(fù)、不完全修復(fù)和最小化修復(fù)這幾個方面?？煽啃跃S護主要包括故障維修、日常維護、修復(fù)性維護和預(yù)防性維護這幾個方面。

三、數(shù)控機床故障

1.故障類型。首先，根據(jù)故障位置來分，數(shù)控機床故障可以分為機械部分故障、用戶接口部分故障、數(shù)字控制部分故障等。根據(jù)數(shù)控機床故障的位置進行劃能夠為數(shù)控機床故障的維修提供方面，使數(shù)控機床的維修更具有針對性。數(shù)控機床的機械故障通常包括機械安裝故障、機械排屑故障、機械冷卻故障、機械液壓熊故障等。數(shù)字控制部分的故障通常指電器單元控制故障、電動機故障、變壓器故障等；其次，按照故障原因分類，數(shù)控機床故障主要分為磨損故障、參數(shù)配置故障、安裝故障、疲勞損傷故障等。根據(jù)故障原因進行劃分能夠增強故障修復(fù)的針對習(xí)慣；最后，按照故障發(fā)生的模式來分，數(shù)控機床故障可以劃分為表直接故障和間接故障這兩種。直接故障主要指故障原因和位置十分明確，能夠明確指出修復(fù)策略的故障。而間接故障則指看不到具體的故障位置，無法立刻確定原因的故障。

2.故障分析。在對數(shù)控機床故障進行分類之后，需要對故障進行深入分析，了解故障產(chǎn)生的原因、規(guī)律以及故障對數(shù)控機床系統(tǒng)的影響。而故障原因的分析需要以機床設(shè)計原理和工作原理為基礎(chǔ)。但是，在實際工作過程中，有些故障是由于部分部件功能失效引起的，有些故障使由于安裝錯誤引起的，而有些故障是由于自身磨損引起的，無論是哪種故障都需要故障修復(fù)人員準(zhǔn)確找到故障原因。另外，在找出故障修復(fù)原因之后要積極探索故障的出現(xiàn)規(guī)律，了解故障的特點，并根據(jù)故障的規(guī)律和特點采取故障預(yù)防和處理措施，便于對故障的后期維護。除此之外，故障維修人員需要對故障的修復(fù)成本、修復(fù)程度等進行預(yù)測，采取更加合理的修復(fù)策略。

四、數(shù)控機床可靠性強化對策

1.數(shù)控機床可靠性強化原理。數(shù)控機床在工作過程中會受到溫度循環(huán)、電壓循環(huán)、振動、濕度等各方面的影響，而這些都可能引發(fā)數(shù)控機床故障。具體來說，溫度循環(huán)會造成不同零件系統(tǒng)的溫差和熱膨脹，使熱疲勞和高熱應(yīng)力交互作用在產(chǎn)品上，進而影響到產(chǎn)品的化學(xué)性能、物理性能等各個方面。濕度可能引發(fā)數(shù)控機床故障，濕氣會導(dǎo)致產(chǎn)品的電性能惡化，加速進入腐蝕，導(dǎo)致絕緣材料變粗、變形、氣泡等，污染接觸點，影響產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)接觸。

2.數(shù)控機床可靠性強化試驗方案。首先，試驗人員。試驗人員主要包括測試人員、試驗人員和分析人員。其中，試驗人員負責(zé)可靠性實驗室，要掌握基本的可靠性強化試驗理論和操作，并參與實驗方案的制定和實驗結(jié)果的分析。測試人員主要由數(shù)控機床研制單位負責(zé)，需要了解數(shù)控機床的功能和結(jié)構(gòu)。試驗分析人員主要承擔(dān)著試驗結(jié)果的分析，要了解試驗全過程和試驗原理；其次，試驗設(shè)備。試驗設(shè)備主要包括測試設(shè)備和強化試驗設(shè)備。其中，強化試驗設(shè)備主要指專業(yè)的能夠提供振動強化應(yīng)力和溫度強化應(yīng)力的設(shè)備。測試設(shè)備則要能夠在試驗過程中獲取溫度、產(chǎn)品性能、振動等方面的數(shù)據(jù)；最后，試驗項目。試驗項目主要包括溫度應(yīng)力試驗、溫度循環(huán)試驗、全軸隨機振動試驗和綜合環(huán)境應(yīng)力試驗。其中，溫度應(yīng)力試驗主要目的是確定產(chǎn)品在沒有任何外部振動情況下的破壞溫度上限和下限。主要包括熱步進應(yīng)力和冷步進應(yīng)力這兩個方面。溫度循環(huán)試驗要求通過溫度變化來找到溫度的穩(wěn)定時間。全軸隨機振動試驗主要采用三軸六自由度的寬帶，采用步進昂視來進行試驗。綜合環(huán)境應(yīng)力試驗主要指將產(chǎn)品放在振動和溫度循環(huán)的綜合環(huán)境中進行應(yīng)力試驗。

3.數(shù)控機床可靠性強化試驗結(jié)果。首先，溫度應(yīng)力試驗得到了數(shù)控機床工作的高低溫極限以及芯片溫度的變化。并且，環(huán)境溫度遠遠低于芯片溫度，而且，芯片中心位置的溫度與邊緣位置的溫度有著要一定的溫度差。這說明閑篇發(fā)熱不均勻，缺乏對產(chǎn)品散熱的合理處理；其次，溫度循環(huán)試驗表明在快速溫變率下，數(shù)控機床會受到內(nèi)部應(yīng)力，造成接觸不良，進而導(dǎo)致數(shù)控系統(tǒng)信號不穩(wěn)定；最后，全軸隨機振動步進應(yīng)力試驗表明數(shù)控機床主板插槽會在振動環(huán)境下出現(xiàn)松動現(xiàn)象，進而導(dǎo)致接觸不良。而且，數(shù)控面變?nèi)菀资軠囟鹊挠绊懗霈F(xiàn)表面變形、腫脹等現(xiàn)象，導(dǎo)致濕氣進入產(chǎn)品之中，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的性能。

4.數(shù)控機床可靠性強化措施。首先，數(shù)控機床可靠性強化需要改進數(shù)控機床芯片，采用低耗能、芯片封裝、合理散熱等設(shè)計方法減少漏電流對芯片的影響，保證芯片的導(dǎo)熱性能，避免芯片受熱不均等現(xiàn)象。其中，低耗能設(shè)計主要指運用氧化層厚度、溝道長度、結(jié)深等參數(shù)來進行設(shè)計。芯片封裝技術(shù)主要指運用陶瓷封裝等技術(shù)，在避免芯片被燒毀的基礎(chǔ)上，保證芯片的導(dǎo)熱性能。而合理散熱設(shè)計主要指分散發(fā)熱元件，并為芯片設(shè)計散熱結(jié)構(gòu)，以達到散熱效果；其次，數(shù)控機床可靠性強化需要改進電源模塊，加固直流電源模塊的質(zhì)量，消除電源輸出過程中的高頻噪聲和波紋。具體來說，電源模塊改進技術(shù)主要包括抑制低頻紋波、抑制高頻紋波、抑制環(huán)節(jié)噪聲、浪涌防護技術(shù)等。

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作者：黃啟磊（1989.01—），江西九江人?，F(xiàn)任職于江西工程高級技工學(xué)校，助講，本科學(xué)歷。研究方向：數(shù)控。